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Accumulo di energia magnetica superconduttiva (SMES)

1970
Sistema di accumulo di energia magnetica superconduttiva in un laboratorio per applicazioni di fisica dello stato solido.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

I sistemi di accumulo di energia magnetica superconduttiva (SMES) immagazzinano energia nel campo magnetico creato dal flusso di corrente continua in una bobina superconduttiva. L'energia può essere immagazzinata indefinitamente finché la bobina viene mantenuta a temperature di superconduzione, in quanto non vi è praticamente alcuna perdita di energia dovuta alla resistenza elettrica. L'energia immagazzinata è data da [latex]E = \frac{1}{2} L I^2[/latex].

An SMES unit consists of three main parts: a superconducting coil, a power conditioning system (PCS), and a cryogenic refrigerator. The coil is made from a superconducting material (like Niobium-titanium) which, when cooled below its temperatura critica, has near-zero electrical resistance. A direct current is charged into the coil, creating a strong magnetic field where energy is stored according to the formula [latex]E = frac{1}{2} L I^2[/latex], where L is the coil’s inductance and I is the current. Because the resistance is negligible, the current can circulate perpetually with minimal loss, making the storage highly efficient. The PCS, typically using solid-state inverters/rectifiers, manages the flow of power, converting AC power from the grid to DC for charging the coil, and converting the stored DC energy back to AC for discharge. The entire coil must be maintained at extremely low temperatures (around 4.2 K for low-temperature superconductors) by a criorefrigeratore, che rappresenta il principale costo energetico continuo. I sistemi SMES sono caratterizzati da un'efficienza di andata e ritorno estremamente elevata (>95%), un tempo di risposta istantaneo (millisecondi) e una durata di ciclo illimitata. Tuttavia, la loro densità energetica è relativamente bassa e i costi di capitale, principalmente per il filo superconduttore e il sistema criogenico, sono molto elevati, limitandone l'uso ad applicazioni di potenza di alto valore e di breve durata.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Fisica dello stato solido

Tipo

Dispositivo fisico

Interruzione

Incrementale

Utilizzo

Nicchia/Specializzato

Precursori

  • scoperta dell'elettromagnetismo da parte di Hans Christian Ørsted (1820)
  • La legge di induzione di Michael Faraday
  • discovery of superconduttività by Heike Kamerlingh onnes (1911)
  • sviluppo di superconduttori di tipo II in grado di trasportare correnti elevate in forti campi magnetici

Applicazioni

  • miglioramento della qualità dell'energia e stabilizzazione della tensione nelle reti elettriche
  • gruppi di continuità (UPS) per strutture critiche
  • regolazione della frequenza
  • alimentazione alta energia esperimenti di fisica

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • high-temperature superconductor (HTS) SMES systems to reduce cooling costs
  • bobine toroidali progettate per confinare il campo magnetico e ridurre i campi dispersi
  • micro-sme per applicazioni di qualità dell'energia distribuita
  • sistemi ibridi SMES-batterie per alta potenza e alta energia
  • sistemi di ricarica wireless per piccole e medie imprese per applicazioni specializzate
  • integrazione con sistemi ferroviari a levitazione magnetica (maglev)
  • PMI per sistemi di alimentazione di veicoli spaziali e armi a energia pulsata
  • unità SMES modulari per l'implementazione di reti scalabili
  • capacità di limitazione della corrente di guasto mediante tecnologia SMES
  • sviluppo di sistemi di protezione da quench per gestire la transizione dallo stato superconduttore a quello normale
Related to: SMES, superconductivity, magnetic field, energy storage, superconducting coil, criogenia, power quality, high efficiency, inductance, direct current.

Contesto storico

Accumulo di energia magnetica superconduttiva (SMES)

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1968
1970
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1975
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1963
1965
1970
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1974-11-15
1980
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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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